Comprendre l'architecture matérielle des smartphones


Avec le développement des smartphones, appareils ont commencé à inclure de plus en plus de fonctions. Le gros problème est que les plus de fonctions signifie plus de puces et plusieurs cycles de traitement, ce qui signifie que la consommation d'énergie est plus élevé. Parce que les batteries ne évoluent pas à la même vitesse, que l'appétit des producteurs (et acheteurs) avec de nouvelles fonctionnalités, des appareils compacts et offrent une bonne gamme de batteries est devenue une tâche de plus en plus difficile.

Il suffit de garder à l'esprit que d'une cellule avec une batterie 860 mAh Li-Ion offre un peu plus de 3 watts d'énergie (correspondant à un ordinateur portable consomme en moyenne seulement 5 minutes) pour effectuer toutes ses fonctions jusqu'à la recharge suivante (pour calculer l'énergie totale stockée par la batterie, multiplier la tension en volts, l'ampérage en mAh. Une batterie de 850mAh 3.7V, et par exemple, stocke un total de 3 219 milliwatts ou 3,219 watts). Cependant, contrairement à ce que nous avons des ordinateurs portables, l'autonomie des smartphones à mesurer en jours plutôt qu'en heures. Depuis lors, vous pouvez avoir une idée de la taille d'un mal de tête pour les concepteurs.




Sur les ordinateurs PC, processeurs x86 sont utilisés, tels que les Core 2 Duo et Phenom. Ils sont optimisés pour puce de performance, y compris une quantité brutale de transistors avec une grande cache L2, et les unités spéciales pour le décodage des instructions de programmation, prévision circuit de branche et de multiples unités d'exécution pour core.To ont un ' idée, un E8200 base Penryn Core 2 Duo (qui est relativement petite puce par rapport aux normes d'aujourd'hui) a moins de 410 millions de transistors et a une consommation typique de 65 watts.

Un fabricant de smartphones qui sont intéressés à l'utiliser, il trouverait un moyen de mettre un refroidisseur évier en cuivre de 80 mm et une batterie 6-cell intérieur de l'appareil. Même se ils le faisaient, il ne serait probablement pas se vendent très bien ... smile

Ce est pourquoi il doit y smartphones basés sur les processeurs x86. Même processeurs de faible puissance, comme l'Atom, ont une charge électrique est trop élevée pour un smartphone, la batterie durera seulement une heure ou deux.

Les restrictions sur la taille et la consommation a fait le matériel de téléphones intelligents évoluent d'une manière très différente de la PC, utilisant des processeurs de faible puissance et puce hautement intégrée.

Le changement le plus évident est l'utilisation de processeurs ARM au lieu de puces x86. puces ARM sont processeurs 32-bit RISC, qui présentent une architecture hautement optimisé, avec quelques transistors et une consommation électrique extrêmement faible.

Même se il ne est pas connue et ne peut pas commenté sur le Nehalem ou Atom, processeurs ARM sont produites en grandes quantités et brutalement utilisés dans toutes sortes d'appareils, routeur et le modem ADSL à des jeux vidéo, la Nintendo DS. Pratiquement toute l'électronique que vous avez à la maison qui utilise un processeur 32 bits et non un PC, en utilisant un ou plusieurs processeurs ARM, y compris, bien sûr, votre smartphone.

Un autre secret est l'intégration de composants et l'utilisation de contrôleurs dédiés aux différentes fonctions, différents de ce que nous avons sur un PC, où presque tout est fait par le processeur principal. L'avantage d'utiliser les contrôleurs dédiés, ce est qu'ils se acquittent de leurs fonctions directement dans le matériel, au lieu d'exécuter un programme conçu pour remplir la même fonction. Par conséquent, ils peuvent effectuer leurs tâches avec moins de transistors et moins de cycles de traitement, qui se traduit par une consommation d'énergie plus faible. Ne importe quel smartphone a maintenant certains de ces pilotes, qui sont la plupart du temps et sont éveillés seulement quand ils ont du travail à faire.

Nous avons ici un OMAP2420 (fabriqué par Texas Instruments), un exemple d'un «processeur» destiné à être utilisé dans les téléphones intelligents, qui est utilisé dans de nombreux modèles de Nokia, dont le N95 et E90.

Comme autres puces similaires, est en fait un SoC (système sur une puce), ce est à dire la combinaison d'un processeur et d'autres composants sur une seule puce, comprenant un processeur ARM11, un DSP à puce de l'émetteur pour les bandes de fréquences prises en charge et des interfaces divers autres composants. Si vous êtes curieux, voici un schéma de principe de la puce:

Il dispose également d'un accélérateur vidéo, ce qui permet de décoder différents formats vidéo, le traitement des images capturées et vidéo à l'aide de l'appareil photo (et d'autres fonctions connexes), et aussi un accélérateur 3D dédié, qui est activé lorsque vous exécutez des jeux ou d'autres applications avec graphiques 3D. Depuis la consommation d'énergie doit être très faible (différence sur un bureau, où le papier 3D peut consommer 50 watts ou plus ...) la performance est assez limitée, seulement 2 mégapixels (pour comparaison, un Voodoo 1 (celui lancé par le 3DFX 1996) a eu un taux de remplissage de 50 mégapixels).

Cependant, dans les mains des développeurs compétents, ces deux caméras mégapixels peut produire beaucoup. Il ya aussi une version de Quake pour S60 (http://koti.mbnet.fi/hinkka/), qui est en mesure d'exploiter l'accélérateur graphique:

Un autre exemple est le Qualcomm MSM7200, qui est utilisé dans divers dispositifs de HTC et Toshiba, y compris le HTC TyTN II et HTC Touch Dual.It est également basé sur un processeur ARM11, mais comprend un ensemble différent de composants auxiliaires. Ils comprennent un accélérateur vidéo, qui est responsable du décodage vidéo dans différents formats (soulager le processeur principal et en aidant à réduire la consommation), un accélérateur 3D optimisé pour les jeux et les applications écrites en Java, un aide au traitement du processeur ARM9 signal de réseau 3G et une puce Qualcomm gpsOne, un récepteur GPS avec 20 chaînes:

Ce niveau d'intégration devrait être de maintenir la consommation d'énergie à des niveaux acceptables et pour réduire le coût de production (car ils produisent une seule puce contenant plusieurs composants est moins cher que de faire plusieurs puces distinctes) et de réduire la taille et le poids des appareils.

De nouvelles fonctionnalités telles que les accélérateurs graphiques et de puces GPS commencent leur carrière comme des puces séparées, qui augmentent le coût des combinés. Cela signifie que, d'abord rester limitée aux joueurs les plus chers. Cependant, au fil du temps, les fabricants de puces comme Texas Instruments et Qualcomm offrent des solutions intégrées avec eux, ce qui réduit les coûts et leur permet de passer à utiliser même dans les dispositifs les plus simples, comme cela se passe avec puce GPS.

Naturellement, plus les composants fonctionnent simultanément signifie également une consommation d'énergie plus élevée. Un problème majeur avec la génération actuelle d'appareils est la vie de la batterie pauvres lors de l'utilisation d'un réseau 3G.

Sur la plupart des appareils, la batterie dure pas plus de deux heures dans les situations où le dispositif transmet en continu des données, comme lors de l'utilisation du smartphone comme modem et télécharger un fichier iso, par exemple. Dans une moindre mesure, cela se applique également aux applications qui transmettent une quantité importante de données, comme dans les applications de VoIP tels que Fring, les navigateurs Web et des applications telles que Google Maps.

Ce problème affecte l'autonomie de tous les téléphones de cultures 3G actuelle. Indépendamment du fabricant ou le modèle, pratiquement personne ne peut surpasser la marque de deux heures de transfert de données en continu en utilisant le réseau 3G, y compris l'iPhone 3G. Ce ne est pas un défaut de conception ou de l'absence d'optimisations, mais simplement le fait que sur un réseau 3G il ya plus de travail à faire et plus de bits à transmettre.

Nouveau design de contrôle, l'optimisation des logiciels de migration de nouvelles techniques de production permettra de réduire la quantité supplémentaire pour l'année prochaine, mais le problème ne est pas résolu du jour au lendemain. Il se peut que vous transportez la batterie du smartphone 3 ou 4 jours en mode veille, mais ne fera que continuer pendant deux ou trois heures dans des situations où l'appareil doit fonctionner à pleine capacité.

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